化工设计的内容和程序

化工设计《化工设计》《化工设计》化工设计《化工设计》一、课程的性质本课程为化学工程与工艺专业的专业必修课。它基于工程科学但重点是应用。二、课程的内容和基本要求本课程以化工生产车间(装置)的工艺设计为重点，讲述与国际化工设计相接轨、目前国内通用的化工设计的原则、方法、设计程序与技巧，和各种化工工艺图与化工设备图的绘制与阅读方法，以及计算机在化工设计计算与绘图中的应用。化工设计《化工设计》基本要求1、掌握化工设计的基本程序、基本规律、基本方法、主要规范和基本思维方式；2、给学生以扎实的化工设计基础训练和创新思维的培养；3、掌握工艺方案选择和工艺流程设计、以及车间设备布置和管道布置的原则、方法和步骤；4、掌握物料衡算、热量衡算及设备的选型与工艺计算的原理和方法，并能运用计算机进行工艺计算；5、掌握工艺流程图、设备布置图、管道布置图及化工设备图的表达内容、绘制方法和阅读方法，并能运用计算机绘制工艺流程图、设备布置图和化工设备图；6、了解非工艺专业的设计及概算的内容，设计的技术经济评价方法，为非工艺专业提供设计条件。第一章化工设计概论《化工设计》•本章主要内容1.1化工设计的种类1.2化工厂设计的工作程序1.3化工车间工艺设计的程序及内容1.4设计文件1.5国家和行业的设计政策和规范•本章重点难点：化工设计的种类化工厂设计的工作程序第一章化工设计概论《化工设计》一、化工设计化工过程（化学工业的生产过程）即：原料→产品对原料进行加工处理，改变了化学组成及机械和物理的性质，从而达到合乎要求的产品。该过程包括许多步骤，原料在各步骤中依次通过若干个设备，经历各种方式的处理后才成为产品。例：2NH3(l)+CO2(g)---CO(NH2)2(l)+H2O+Q转化率50%化工过程即是由生产流程和装置设备有机组合起来的。化工设计即是对化工中的生产流程和装置以系统的、合理的方式组合和优化。第一章化工设计概论《化工设计》二、设计要求由于本课程从工艺工程师的角度讨论化工车间（装置）设计的主要内容和设计。化工装置是由各种单元设备以系统的、合理的方式组合起来的整体。它根据现有的原料和公用工程条件，通过最经济和安全的途径，生产符合一定质量要求的产品。化工装置设计必须满足下列要求：•1、产品的数量和质量指标。•2、经济性：除少数生产只考虑社会效益外，其余均考虑经济性。•3、安全：化工生产中的特殊性（易燃、易爆、有毒）。第一章化工设计概论《化工设计》•4、符合国家和各级地方政府的环境保护法规，对三废进行处理。•5、整个系统必须可操作和可控制。可操作：设计不仅能满足常规操作，而也能满足开、停车等非常规操作。可控制：能抑制外部扰动的影响，系统能适应和稳定。•由此可见，设计是一个多目标的优化问题。不同于常规的数学问题，不是只有唯一正确的答案，设计师在作出判决和选择时要考虑各种经常是互相矛盾的因素——技术、经济和环保等，在允许的时间范围内选择一个兼顾各方面要求的方案，这种选择成决策贯穿整个设计过程。第一章化工设计概论《化工设计》三、设计性质和过程设计是一种创造性的劳动。它是工程师从事的工作中最有新意，最能使人感到满足的工作之一。以前重研究、轻设计。设计师从接受任务之时起就要根据设计要求构思各种可能的方案，然后根据一系列内部和外部约束条件，排出一些不合理或不可能的方案，经过反复比较，选择其中最佳者。整个设计过程是一个交替进行过程合成与分析，不断作出选择、修改原有设想的迭代过程。过程合成（结构优化）过程分析（参数优化）第一节化工设计的种类化工设计可以根据项目性质、化工过程开发的程序分类（两类）一、根据项目性质分类《化工设计》根据项目性质分类新建项目设计重复建设项目设计已有装置的改造设计第一节化工设计的种类《化工设计》•1、新建项目设计新建项目设计包括新产品设计和采用新工艺或新技术的产品的设计。这类设计往往由开发研究单位提供基础设计，然后由工程研究部门根据建厂地区的实际情况作出工程设计。•2、重复建设项目设计由于市场需要，有些产品需要再建生产装置，由于新建厂的具体条件与原厂不同，即算是产品的规模、规格及工艺完全相同，还是需要由工程设计部门进行设计。第一节化工设计的种类《化工设计》•3、已有装置的改造设计一些老的生产装置其产品质量和产量均不能满足客户要求，或者由于技术原因，原材料和能量消耗过高而缺乏竞争能力，必须对老装置进行改造，其中包括去掉影响产品产量和质量的“瓶颈”，优化生产过程操作控制，以及提高能量的综合利用率和局部的工艺或设备改造更新等。这类设计往往由生产企业的设计部门进行。二、根据化工过程开发程序分类新技术开发过程中的设计概念设计中试设计基础设计概念设计中试设计工程设计初步设计、扩大初步设计施工图设计第一节化工设计的种类《化工设计》化工过程开发工作框图第一节化工设计的种类《化工设计》•化工新技术开发过程是在基础研究的基础上，通过过程研究、工程研究和工程设计，最终完成化工新技术开发。其中包括四种设计类型：概念设计、中试设计、基础设计和工程设计。•1、概念设计(假想设计)•概念设计是以过程研究中间结果（或最终结果）为基础，从工程角度按照工业化时的最佳规模进行的一种假想设计。•其作法参照常规的工程设计方法和步骤，设计工艺流程，进行全系统的物料衡算、热量衡算和设备工艺计算，确定工艺操作条件及主要设备的型式和材质，进行参数的灵敏度和生产安全分析，确定三废治理措施，计算基建投资、产品成本等主要技术经济指标。第一节化工设计的种类《化工设计》•2、中试设计•中试设计的内容基本上与工程设计相同。•按照现代技术开发的观点，中试的主要目的是验证模型和数据，即概念设计中的一些结果和设想通过中试来验证。因此，中试可以不是全流程试验，规模也不是越大越好。中试要进行哪些试验项目，规模多大为益，均要由概念设计来确定。•解决：放大问题（过程放大、设备放大）工程问题放大方法：逐级经验放大法数学模拟法部分解析法相似放大法第一节化工设计的种类《化工设计》•3、基础设计•基础设计是一个完整的技术软件，是新技术开发的最终成果，是工程设计的依据。•基础设计的内容包括生产装置的一切技术要点，工程设计单位是根据基础设计，结合建厂地区的具体条件由工程设计单位作出完整的设计。•基础设计有些类似于我国的技术设计，但又有很大的差别。与技术设计不同的是基础设计除了一般的工艺条件外，还包括了大量的化学工程方面的数据，特别是反应工程方面的数据，以及利用这些数据进行设计计算的结果。基础设计中还要运用系统工程的理论和计算机模拟技术对工艺流程和工艺参数进行优化，力求降低定额和产品成本及项目投资，提高项目的经济效益。基础设计中对关键技术有详尽的技术说明和数据。第一节化工设计的种类《化工设计》•4、工程设计•工程设计是根据基础设计，结合建厂地区的具体条件由工程设计单位作出完整的设计。•根据工程的重要性、技术的复杂性和技术的成熟程度及计划任务书的规定，工程设计可分为三段设计、两段设计和一段设计。第一节化工设计的种类《化工设计》•重大项目和使用较复杂的技术时，为了保证设计质量，可以按初步设计、扩大初步设计和施工图设计三个阶段进行。•一般技术比较成熟的大中型工厂或车间的设计，可按扩大初步设计和施工图设计两个阶段的设计。•技术上比较简单、规模较小的工厂或车间的设计，可直接进行施工图设计，即一个阶段的设计。第一节化工设计的种类《化工设计》•1）初步设计•根据设计任务书和行业标准《化工厂初步设计文件内容深度规定》HG/T20688-2000，对设计对象进行全面的研究，寻求在技术上可能、经济上合理的最符合要求的设计方案。•主要是确定全厂性的设计原则、标准和方案，水、电、汽的供应方式和用量，关键设备的选型及产品成本、项目投资等重大技术经济问题。编制初步设计书，其内容和深度能使对方了解设计方案、投资和基本出处为准。第一节化工设计的种类《化工设计》•2）扩大初步设计•根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、细化。•编制准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算。•3）施工图设计•根据已批准的扩大初步设计和行业标准《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》HG/T20519-92，，结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施工图设计，成品是详细的施工图纸和必要的文字说明及工程预算书。第一节化工设计的种类《化工设计》按国际习惯将设计阶段分工艺设计、基础工程设计和详细工程设计三种。•国外各设计阶段的主要设计内容及成品•工艺设计（与国内的基础设计类似）•(1)工艺流程图(PFD)•(2)工艺控制图(PCD)•(3)工艺说明书•(4)物料平衡表•(5)工艺设备表•(6)工艺数据表•(7)安全备忘录•(8)慨略布置图•(9)各专业设计条件第二节化工厂设计的工作程序《化工设计》国家重点行业的化工设计的工作程序是以基础设计为依据提出项目建议书，经上级主管部门认可后写出可行性研究报告，上级批准后，编写设计任务书，进行扩大初步设计，后者经上级主管部门认可后进行施工图设计（见图1-2）。（非国家重点行业一般由董事会批准）第二节化工厂设计的工作程序《化工设计》化工厂设计的工作程序，见图1-2。第二节化工厂设计的工作程序《化工设计》•－、项目建议书•项目建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据，根据原化工部化计发(1992)995号《化工建设项目建议书内容和深度的规定》(修订本)中的有关规定制订。包括的主要内容：•1、目的和意义即项目提出的背景和依据，投资的必要性及经济意义；•2、产品需求（市场）初步预测；•3、产品方案和拟建规模；•4、工艺技术方案（原料路线、生产方法和技术来源）；第二节化工厂设计的工作程序《化工设计》•5、资源、主要原材料、燃料和动力的供应；•6、建厂条件和厂址初步方案；•7、环境保护；8、工厂组织和劳动定员估算；•9、项目实施规划设想；•10、投资估算和资金筹措设想；•11、经济效益和社会效益的初步估算。•12、结论与建议。第二节化工厂设计的工作程序《化工设计》•二、可行性研究•可行性研究是以拟建项目进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设及如何建设作出论证和评价，为上级机关投资决策和编制、审批设计任务书提供可靠的依据。•可行性研究的任务是根据国民经济长期规划的要求，对化工建设项目的技术路线、工艺过程、工程条件和经济效益及社会效益进行深入细致的调查研究。•根据原化工部化计发(1997)426号《化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定》(修订本)和中石化[1997]咨字345号《石油化工项目可行性研究报告编制规定》中的有关规定制订。•可行性研究报告的内容如下：第二节化工厂设计的工作程序《化工设计》•1、总论。包括项目名称、可行性研究的单位、技术负责人、研究依据、主要内容和论据、评价的结论性意见、存在问题和建议等，并附上主要技术经济指标表。•2、需求预测。国内外需求情况预测和产品的价格分析。•3、产品的生产方案及生产规模。•4、工艺技术方案包括工艺技术方案的选择、物料平衡和消耗定额、主要设备的选择、工艺和设备拟采用标准化的情况等内容。5、原材料、燃料及水电汽的来源与供应。•6、建厂条件和厂址选择布局方案。•7、公用工程和辅助设施方案第二节化工厂设计的工作程序《化工设计》•8、节能。•9、环境保护及安全卫生。•10、工厂组织、劳动定员和人员培训。•11、项目实施规划。•12、投资估算和资金筹措。•13、经济效益评价及社会效益评价。•14、结论。包括综合评价和研究报告的结论等内容。第二节化工厂设计的工作程序《化工设计》•三、编制设计任务书•可行性研究呈报给上级主管部门，当被上级主管部门认可后，便可根据《化工厂初步设计文件内容深度规定》编写设计任务书，以作为设计项目的依据。设计任务书主要内容：•1、设计的目的和依据；•2、生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则；•3、矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、运输等协作条件；•4、资源综合利用、环境保护、三废治理的要求；第二节化工厂设计的工作程序《化